《月球 科学概论》读书 笔记

第三章月球环境（下）

2 月球表面环境

2.1 月表温度和热流

（1）月表温度

月球表面是一个表面温度下的灰体源，表面温度的变化是根据纬度和月球昼夜周期的时间来决定的，月球表面温度的最值在+150℃和-180℃之间。

月表温度取决于其所吸收的太阳辐射和来自月球内部的热量，在假设月表物质具有持续且稳定的热性质，其表面温度曲线只由一个参数决定——热惯性：

其中，γ为热惯性，k为导热系数，ρ为密度，c为比热容。

月球极低的热惯性导致了其昼间的表面温度基本来自太阳的入射辐射，月球赤道上吸收太阳辐射所产生的表面温度随月相改变而变化的关系如图14所示。

图14 一个月球日的月球赤道表面温度变化

（2）月表热流

由于没有大气的热传导，月球表面的昼夜温差很大，白昼温度约400K，阴影区和夜晚温度约为90K，月表不同区域的平均温度及月变化幅度如表5：

表5 月球表面平均温度

	极地撞击坑阴影	极地地区	赤道地区正面	赤道地区背面	赤道地区两侧	典型中纬度地区
平均温度/K	40	220	254	256	255	220~255
月变化幅度/K	—	±10	±140	±140	±140	±110

目前月表温度分布规律主要有以下三种模型：

① 月表温度与月球纬度余弦的六次方根成正比

② 月表温度与经纬度余弦积成指数关系

③ 月表温度与太阳辐射入射角余弦的四次方根成正比

其中，T_ss为太阳直射点温度；ф为纬度；A为反射率；ε为发射率；φ为经度；E_sm为太阳辐照度；σ为波尔兹曼常数。

模型①和模型③的温度曲线如图15，模型②的温度曲线如图16。

图15 模型①（实线）和模型③（虚线）的温度曲线图

图16 模型②的温度曲线

阿波罗15号和阿波罗17号两次月球热流实验所测得的温度如图17所示，在月表0.8m以下温度不受太阳辐照度变化的影响，主要受月球内部热流控制，而在0.8m以上温度随太阳辐照度变化的波动幅度与深度成反比，即该区域温度主要受太阳辐射的控制。

图17 阿波罗15、17号所测得的月球温度纵向剖面温度变化图

其中，月球内部热流与月幔热流及月壳生热元素丰度有关，根据月球勘探者和克莱门汀月球探测器有关生热元素丰度的数据计算得到月球内部热流在5~42mW/m²之间。

根据日月地轨道的相互关系，即通过对地球大气上界太阳辐照度的距离修正得到月表太阳辐照度：

S₀为大气上界太阳辐照度；R为日地平均距离；R_sm为日月之间的距离。

通过对该公式的计算可知，月表太阳辐照度一年内的变化范围为1314~1419W/m²，一个月内的变化最小幅度为12W/m²。太阳辐照度中的垂向分量是实际影响月球热状况的有效太阳辐照度，其与入射角的余弦成正比。

2.2 月震

由于月震活动非常微弱，其所释放的能量低于地震活动7个数量级，基本可以忽略。在排除撞击事件的条件下，月震活动的能量约为2X10¹⁰J/a。根据阿波罗被动月震仪8年的监测结果，可以得知典型的月震只有里氏1至2级，最大的月震记录为里氏4级，没有一次记录大于1X10¹⁴J/a的大型月震活动。并且月震的空间分布主要在近地的一侧，而且具有一定的对称性，但没有具体的时间和空间分布规律，如图18所示。